到2035年，美國國家航空暨太空總署（NASA）計畫借鏡”阿耳特彌斯”計畫中月球任務的經驗，探索火星。本次火星任務將研究火星的地質、大氣條件和潛在的生命跡象，並利用載人月球任務中獲得的洞察力作為準備步驟。

火星任務概述

美國國家航空暨太空總署（NASA）計劃最早在2035 年將人類送往火星進行科學往返旅行。 這次旅行單程大約需要六到七個月，單程最長2.5億英里（4.02億公里）。 太空人可能會在地球表面停留多達500 天，然後返回地球。

美國太空總署的阿耳特彌斯計畫預計在本十年內讓人類重返月球，為最早在2030 年代執行火星任務進行練習和準備。 NASA執行如此雄心勃勃的任務有幾個原因，其中最大的原因是科學探索和發現。

調查火星之謎

我是一名大氣科學家和前美國國家航空暨太空總署（NASA）研究員，參與了確定火星任務將調查的科學問題。 在這顆紅色星球上有許多謎團需要研究，包括火星為什麼會呈現出今天的樣子，以及火星在過去或現在是否曾經孕育過生命。

美國太空總署火星探測漫遊車”機遇號”上的全景相機（Pancam）最近拍攝的一個場景是一個被稱為”聖路易斯精神”的拉長隕石坑，坑中有一個岩石尖頂。 圖片來源：NASA/JPL-Caltech/康乃爾大學/亞利桑那州立大學。

來自火星的地質啟示

從地質和大氣層的角度來看，火星是一顆引人入勝的行星。 它與太陽系的其他部分在大約46億年前形成。 大約38 億年前，也就是地球上生命形成的時間，早期的火星非常像地球。 它的表面有豐富的液態水，以海洋、湖泊和河流的形式存在，並擁有密度較高的大氣層。

雖然今天的火星表面完全沒有液態水，但科學家已經在火星表面發現了過去那些湖泊、河流甚至海洋海岸線的證據。 火星的南北兩極都被冰凍的水覆蓋著，表面還有一層薄薄的冰凍二氧化碳。 在夏季的南極，二氧化碳薄層會消失，露出冰凍的水。

研究火星可以讓研究人員更了解太陽系的形成。 資料來源：NASA/ESA、J. Bell（康乃爾大學）與M. Wolff（SSI）

今天，火星的大氣層非常稀薄，約95% 為二氧化碳。 它充滿了來自地表的大氣塵埃，這使得火星大氣呈現出獨特的紅色。

透過派出機器人執行任務，科學家們對火星表面有了一定的了解，但仍有許多有趣的地質特徵有待更仔細研究。 這些地形可以告訴研究人員更多有關太陽系形成的資訊。

火星的南北半球看起來非常不同。 火星表面約有三分之一的區域（大部分位於北半球）海拔較低，為2 到4 英里（3.2 到6.4 公里），稱為北部低地。 北部低地有幾個大隕石坑，但相對光滑。 火星南部三分之二的區域被稱為南部高地，有許多非常古老的隕石坑。

火星還擁有太陽系中科學家觀測到的最大的火山。 火星表面遍布深坑，這些深坑是火星早期歷史中發生的小行星和流星撞擊造成的。 派遣太空人研究這些地形可以幫助研究人員了解火星早期歷史上重大事件是如何以及何時發生的。

火星上的火山比地球上最高的山脈還要高。

開發火星研究問題

美國國家航空暨太空總署（NASA）成立了一個名為”人類探索火星科學分析小組”（Human Exploration of Mars Science Analysis Group）的小組來規劃未來的任務。 我與美國太空總署科學家詹姆斯-B-加文（James B. Garvin）共同擔任該小組的主席，負責制定和評估有關火星的關鍵科學問題。 我們想弄清楚哪些研究問題需要人類任務來解決，而不是成本較低的機器人任務。

小組就人類在火星上進行調查的幾個重要科學問題提出了建議。

其中一個問題是火星上是否存在生命。 請記住，地球上的生命形成於大約38 億年前，當時地球和火星的外形相似，都有豐富的液態水，而火星的大氣層密度更大。

另一個問題是，是什麼樣的環境變化導致火星失去了其表面廣泛而豐富的液態水以及部分大氣層。

這些問題以及小組提出的其他建議被納入美國國家航空暨太空總署將人類送上火星的架構計畫。

通往火星的技術路徑

為了將人類送往火星並安全返回地球，美國國家航空暨太空總署開發了一種名為太空發射系統的新型大功率運載火箭和一種名為獵戶座的新型載人太空船。

為了準備和訓練太空人在火星上生活和探索火星，美國國家航空暨太空總署制定了人類重返月球的新計劃，名為阿爾忒彌斯計劃。

在神話中，阿爾忒彌斯是阿波羅的雙胞胎姊妹。 阿爾忒彌斯號太空人將在月球上生活和工作數月，為在火星上生活和工作做準備。

阿爾忒彌斯計畫會將人類送回月球，預計最終將人類送上火星。

2022 年11 月16 日，太空發射系統和獵戶座成功發射，這是阿爾忒彌斯一號任務的一部分。 這是”阿爾特米斯”計劃首次向月球進行無人駕駛飛行，到達月球後，獵戶座圍繞月球運行了六天，最接近月球表面80英里（129公里）。

阿耳特彌斯一號在完成140萬英里（220萬公里）的處女航後，於2022年12月11日返回地球。

阿爾忒彌斯III是人類首次返回月球表面的任務，計劃於2026年完成。 阿耳特彌斯號”太空人將在月球南極著陸，科學家認為那裡可能有大量冰狀地下水，太空人可以開採、融化、淨化並飲用。阿耳特彌斯號太空人將在月球表面建立棲息土地，並用幾個月的時間探索月球表面。

由於月球距離地球只有24 萬英里（38.6 萬公里），它將成為未來人類探索火星的訓練場。 雖然火星任務還需要很多年才能完成，但阿耳特彌斯計畫將幫助美國太空總署開發探索這顆紅色星球所需的能力。

作者：Joel S. Levine，威廉瑪麗學院應用科學系研究教授。改編自最初發表在The Conversation上的一篇文章。